受光设备和受光设备的信号读出方法与流程

本发明涉及一种受光设备和受光设备的信号读出方法。

背景技术：

以图像传感器为代表的受光(传感器)设备被广泛利用于信息机械、医疗、犯罪预防、车载、能源/环境、农业、基础设施、宇宙、防卫等各种领域。

随着基于画像的信息传递成为主流，受光设备除了应用于一般的照片撮影以外，还广泛应用于在生命科学、犯罪预防、车载、能源/环境、医用、基础设施、宇宙、防卫、农业、食品、资源调查、防灾领域等各种领域中进行摄像、测量、分析的装置等作为构成设备的光输入设备、光检测设备，其重要性迅速增加。

其中，在计量、测量、分析等领域中，寻求一种能够高灵敏度、高速地测量、计量微小的光量变化的受光设备及其信号读出方法。而且，为了进一步加快其用途扩大和业务发展，需要能够以更高的灵敏度、更高的速度来测量、计量更微小的光量变化的受光设备及其信号读出方法。

特别地，关于准确地测量微小光信号、微小光量变化信号的受光传感器技术，是连完成度的高低也包括在内的市场强烈要求的技术之一。

其中，例如专利文献1等中记载的受光传感器受到关注。专利文献1所记载的受光传感器确实是在支持高灵敏度、高速处理、广动态范围、广光波长范围的方面优异的传感器。

为了通过吸光分析来高精度地分析极微量的被检测物质，能够考虑使向包含极微量的被检测物质的被检体照射的光量增多，但为此需要在某种程度上增大将电荷转换为电压时的转换增益并且还增大受光传感器的饱和电荷量。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开公报wo2016/080337号

技术实现要素：

发明要解决的问题

然而，在以往的受光传感器中，饱和电荷量与在受光像素内进行电荷电压转换的浮动扩散(fd)的电容(cfd)成正比，转换增益与电容(cfd)成反比，因此在饱和电荷量与转换增益之间存在折衷关系，因此，在要求高的分析精度的吸光分析的领域等，不一定发挥出支持高灵敏度、高速处理、广动态范围、广光波长范围的优势。

本发明是鉴于上述要点认真研究所得到的，其目的之一在于提供一种兼顾实现了高饱和性能和高灵敏度性能的受光设备。

本发明的另一个目的在于提供一种能够维持支持高灵敏度、高速处理、广动态范围、广光波长范围的优势并且能够进行高精度、高灵敏度分析的受光设备的信号读出方法。

本发明的再一个目的在于提供一种能够对要求高分析精度的吸光分析的领域等作出大的贡献的受光设备的信号读出方法。

用于解决问题的方案

本发明的一个方面是受光设备，

具有受光像素，所述受光像素具备：受光元件；第一电容元件(1)，其蓄积通过该受光元件接收光而产生的光电荷；第二电容元件(2)，所述电容元件(1)中蓄积的光电荷的量的一部分被传输并蓄积到所述第二电容元件(2)；开关单元(s)，其用于进行从所述电容元件(1)向所述电容元件(2)传输光电荷的光电荷传输动作的开启(on)或关闭(off)；复位用开关单元(r)，其用于将所述电容元件(1)和所述电容元件(2)复位；像素选择用开关单元(x)；以及源极跟随开关单元(sf)，其中，所述电容元件(1)的有效饱和电容(1)是所述电容元件(2)的有效饱和电容(2)的10倍～5000倍。

本发明的另一个方面是受光设备的信号读出方法，所述受光设备具有受光像素，所述受光像素具备：受光元件；第一电容元件(1)，其蓄积通过该受光元件接收光而产生的光电荷；第二电容元件(2)，所述电容元件(1)中蓄积的光电荷的量的一部分被传输并蓄积到所述第二电容元件(2)；开关单元(s)，其用于进行从所述电容元件(1)向所述电容元件(2)传输光电荷的光电荷传输动作的开启或关闭；复位用开关单元(r)，其用于将所述电容元件(1)和所述电容元件(2)复位；像素选择用开关单元(x)；以及源极跟随开关单元(sf)，其中，所述电容元件(1)的有效饱和电容(1)是所述电容元件(2)的有效饱和电容(2)的10倍～5000倍，在所述受光设备的信号读出方法中，在根据需要将所述受光设备复位之后，向所述受光元件照射能够产生达到所述电容元件(1)的有效饱和电容所需的充足的光电荷量的光量的光，从而利用在该受光元件内产生的光电荷使所述电容元件(1)的电容达到有效饱和电容，接着，将所述开关单元(x)设为接通(on)来选择所述受光像素，接着，将超过在从所述电容元件(1)向所述电容元件(2)传输光电荷时的所述开关单元(s)相对于所述电容元件(1)的势垒的电荷量从所述电容元件(1)传输并蓄积到所述电容元件(2)，接着，从所述受光像素输出与所述电容元件(2)中蓄积的电荷量相应的电压信号。

发明的效果

根据本发明，能够提供兼顾实现了高饱和性能和高灵敏度性能的受光设备、以及能够维持支持高灵敏度、高速处理、广动态范围、广光波长范围的优势并且能够进行高精度、高灵敏度分析的受光设备的信号读出方法，例如能够对要求高分析精度的吸光分析的领域等作出大的贡献。

通过下面的参照附图进行的说明，本发明的其它特征及优点会变得明确。此外，在附图中，对相同或相似的结构标注相同的附图标记。

附图说明

图1是用于说明在本发明所涉及的受光元件的受光面配设的受光像素的像素电路部100的电路结构说明图。

图2a是用于说明具备图1所示的像素电路部100的受光元件的信号读出原理的示意性说明图。

图2b是用于接着图2a继续说明信号读出原理的示意性说明图。

图2c是用于接着图2b继续说明信号读出原理的示意性说明图。

图2d是用于接着图2c继续说明信号读出原理的示意性说明图。

图2e是用于接着图2d继续说明信号读出原理的示意性说明图。

图3a是用于说明一个优选的实施方式的图，并且是用于说明结构的时序图。

图3b是用于说明一个优选的实施方式的图，并且是用于说明动作的时序图。

图4a是用于说明优选的实施方式的另一例的结构的时序图。

图4b是用于说明优选的实施方式的另一例的动作的时序图。

图5是示出本发明所涉及的图像传感器的整体结构的主要部分的优选的一例的图。

图6是用于说明具备图像传感器500的吸光分析系统600的结构的框图。

图7是使用吸光分析系统600进行被检测物质的浓度分析时的分析过程的一例的流程图。

图8是使用本发明所涉及的散射光摄像型吸光分析系统来测定人体的血液中的血糖值的情况下的示意性概要说明图。

具体实施方式

图1所示的像素电路部100由所谓的像素源极跟随电路构成。即，由一个光电二极管等受光元件pd、四个晶体管等电子开关单元(s、r、sf、x)以及两个电容元件(c1、c2)的电子元件组构成，形成了图示的电子电路。

通过接收光而在受光元件(pd)101内产生的光电荷被暂时蓄积于电容元件(c1)102。电荷传输用的开关单元(s)103阶段性地或者渐进地成为接通状态，由此电容元件(c1)102中蓄积的光电荷的一部分或全部被传输到电容元件(c2)104。电容元件(c2)104被用于进行电荷电压转换。

在图1中，“vr”是复位电压，“vdd”是电源电压。

当使像素选择开关单元(x)105接通时，与被传输到电容元件(c2)104的电荷量相当的大小的电压信号经由源极跟随开关单元(sf)106被输出到像素列输出信号线107。

接着，通过图2a至图2c来说明本发明的信号读出方法的原理。下面，以适于说明本发明的一个特征的一个代表例、即检测极其微量的物质的吸光分析的情况的例子进行说明。

图2a是为了说明通过接收光而在受光元件(pd)101内产生的光电荷蓄积于电容元件(c1)102的状态而示意性地示出的电势图，图2b是用于示意性地说明在如图2a所示那样蓄积有足量的光电荷的状态下向电容元件(c2)104传输一部分电荷量的光电荷的情形的电势图，图2c是用于示意性地说明一部分电荷量的光电荷被传输到电容元件(c2)104的情形的电势图。

在该例中，为了检测极微量的被检测物质，向被检体单体的规定位置照射大光量的光。利用受光元件(或受光设备)来接收被照射到被检体单体的光从被检体单体中透过来的透射光、在被检体单体中反射后的反射光以及散射出的散射光中的任一种光。

在本发明中，将电容元件(c1)102的电荷蓄积的饱和电容设为即使接收大的光量的光也不会溢出那样的充足的电容。有效的是，基于用于得到能够可靠地检测极微量的被检测物质的检测精度和高的受光灵敏度的设计构思，来适当地选择并采用向被检测物质照射的照射光量、电容元件(c1)102的电荷蓄积的饱和电容以及受光元件(或受光设备，后文中有时还包括“受光设备”在内地称为“受光元件”)的受光灵敏度、sn比。

期望的是，相比于电容元件(c1)102的电荷蓄积电容而言，电容元件(c2)104的电荷蓄积的饱和电容设为按照能够以目标分析性能进行吸光分析的设计构思所需的最小限度的饱和电容。即，期望使电容元件(c2)104的电荷蓄积的饱和电容尽可能小，以使将电荷量转换为电压时的转换增益大。

在本发明中，用于检测被检测物质的来自光源的照射光的照射光量是直到通过受光元件接收该照射光量的光而生成的光电荷量成为电容元件(c1)102的饱和电容为止所蓄积的光量，或者是直到成为虽然比该饱和电容少但在适于本发明的目的的范围内实质上可以近似为该饱和电容的电容(后文中有时也称为“实质饱和电容”)为止所蓄积的光量。

此外，在本发明中，在后文中没有特别解释的情况下，“饱和电容”这一用语除了原本的技术含义以外，作为还包括所述的“实质饱和电容”的含义的用语来使用。

另外，作为产生达到所述饱和电容或所述实质饱和电容所需的充足的光电荷量所需的照射光量，后文中使用“饱和照射光量”这一用语。

并且，关于来自光源的照射光的照射光量，也可以根据达成预期目的的检测精度的程度来设为产生在空白照射(无被检测物质时的照射)中生成的光电荷量达到未达到所述饱和电容的范围的电容(后文中记载为“未饱和电容”)的量的光电荷所需的充足的照射光量(后文中有时也称为“未饱和照射光量”)。特别地，在使受光元件的物理尺寸足够大来使电容元件(c1)102的饱和电容也足够大的情况下，作为未饱和照射光量，也能够设为比所述饱和照射光量少一些的光源照射光量。

例如，作为该情况下的未饱和照射光量，优选在空白照射中生成的光电荷量比所述饱和电容减少15％，更为优选减少10％，更进一步优选减少5％。然而，从受光元件的紧凑化的观点出发，优选尽可能选择所述饱和照射光量的程度的照射光量。

在本发明中，后文中将与电容元件中蓄积的因所述未饱和照射光量而产生的光电荷量相应的的电容称为“未饱和电容”。

此外，在本发明中，后文中以除了包括“饱和照射光量”的技术含义以外还包括所述实质饱和照射光量的技术含义和所述未饱和照射光量的技术含义的方式使用“有效饱和照射光量”这一用语。

另外，在本发明中，后文中以除了包括“饱和电容”的技术含义以外还包括所述“实质饱和电容”和所述“未饱和电容”的技术含义的方式使用“有效饱和电容”这一用语。

图2a所示的电荷蓄积状态表示在电容元件(c1)102中蓄积有比饱和电容略少的光电荷量。因所蓄积的该电荷量而产生的电压用va表示。并且，电容元件(c1)102的饱和电容下的电压作为vsi(相当于“开关单元(s)103”的饱和势垒电压)来进行图示。

图2b所示的电荷蓄积状态表示从图2a所示的电荷蓄积状态起向电容元件(c2)104传输与蓄积电荷量的上清量(后文中有时也称为“传输电荷量”)相当的电荷量的状态。使开关单元(s)103的栅极电压越来越高，来将开关单元(s)103相对于电容元件(c1)的势垒电压设为比电压va低的电压vs，由此从电容元件(c1)102向电容元件(c2)104传输电荷。传输电荷量是与电位差(va-vs)对应的电荷量。

在向电容元件(c2)104传输的电荷量根据受光元件的受光灵敏度和sn比而尽可能少的情况下，能够使转换增益更大。

在本发明中，通过增大电容元件(c1)102的电荷蓄积的饱和电容(后文中有时也称为“饱和电容(1)”)，来增大空白照射(无被检测物质的情况下的照射)的光量，即使是极微量的，也通过增大被检测物质对照射光的吸收光量来提高检测精度。

并且，当饱和电容(1)大时，能够向被检测物质照射高照度光来增加被检测物质的吸收光量，结果是，能够进行高灵敏度吸收分析。

如上所述，在预先设定了有效照射光量来作为与电容元件(c1)102的饱和电荷蓄积量相对应的光量的情况下，在吸收分析开始前事先向空白样本(不包含被检测物质的样本)照射所述有效照射光量的光并确认电容元件(c1)102的饱和电荷蓄积量的话，也能够更高精度且更可靠地测定被检测物质，因此是优选的。

图2c示出以下状态：使开关单元103的栅极电压升高来将开关单元103相对于电容元件(c1)102的势垒电压从vsi减少至vs，由此从图2b所示的状态起刚刚转变后的状态。

当以形成开关单元103相对于电容元件(c1)102的势垒电压vs的方式设置开关单元103的栅极电压时，电容元件(c1)102中蓄积的电荷量qa中的上清电荷量(电荷量qα)被传输并蓄积到电容元件(c2)104。被传输到电容元件(c2)104的电荷量qα通过下述式(1)来提供电压vα。

vα＝(va-vs)×c1/c2……(1)

图2d示出以下状态：由于在向被检测物质照射并检测被检测物质的情况下减少了与被检测物质的吸收光量相应的量的照射光量而产生的光电荷量被蓄积到电容元件(c2)102中，之后，以使开关单元103相对于电容元件(c1)102的势垒电压从vsi变为vs的方式设置开关单元103的栅极电压，由此与电位差(vb-vs)对应的上清电荷量(电荷量qβ)即将被传输到电容元件(c2)104的状态(与图2b对应)。被传输到电容元件(c2)104的电荷量qβ通过下述式(2)来提供电压vβ。

vβ＝(vb-vs)×c1/c2……(2)

图2e与图2c对应。即，图2e示出以下状态：以使开关单元103相对于电容元件(c1)102的势垒电压从vsi减少至vs的方式使开关单元103的栅极电压发生变化，由此从图2b所示的状态起刚刚转变后的状态。通过从式(1)减去式(2)，能够检测被检测物质的检测量。

在上述的说明例中，详细叙述了预先设定了光源的有效照射光量的情况，但即使在未预先设定光源的照射光量的情况下，只要该照射光量小于所述有效照射光量，就能够通过以下那样检测被检测物质的检测量。

首先，在对开关单元102的栅极施加了电压vs1的状态下向空白样本(不包含被检测物质的样本)照射来自光源的光，来向电容元件(c1)102蓄积光电荷量。

之后，求出紧挨着使开关单元102的栅极电压逐渐地或阶段性地减少而开始向电容元件(c2)104传输电容元件(c1)102中蓄积的电荷之前的栅极电压(v1)。

接着，向开关单元102的栅极施加比v1低的电压(v2)，来将电容元件(c1)102中蓄积的光电荷量中的上清电荷量(q1)传输到电容元件(c2)104。从进一步增大转换增益以提高信号检测精度的观点出发，优选此时的上清电荷量(q1)为少量的程度，但从扩大被检测物质的检测浓度范围的观点出发，优选此时的上清电荷量(q1)为多量的程度。由于转换增益与被检测物质的检测范围处于折衷的关系，因此根据被检测物质的预期检测量适当地决定上清电荷量(q1)的最佳值。

之后的被检测物质的检测法及检测过程与之前记述的预先设定了光源的照射量的情况同样。

接着，参考图3a至图5来说明本发明所涉及的优选的实施方式。图2a至图5中记载的英文字母、希腊字母记载的符号的含义如下。

pd：光电二极管等受光元件

c1：(进行光电荷蓄积的)电容元件

c2：(进行电荷电压转换的)电容元件

vr：复位电压

vdd：电源电压

s：开关单元

r：复位单元

sf：源极跟随开关单元

x：像素选择单元

vsi：蓄积期间中的开关单元(s)相对于c1的饱和势垒

vs：上清电荷传输时的开关单元(s)相对于c1的势垒

qa：在空白照射中蓄积于c1的光电荷量

va：在空白照射中由c1产生的电压

qα：空白照射中的传输电荷量

vα：由于空白照射中的传输电荷而由c2产生的信号电压

qb：在存在被检体物质的吸光的光照射中蓄积于c1的光电荷量

vb：在存在被检体物质的吸光的光照射中由c1产生的电压

qβ：存在被检体物质的吸光的光照射中的传输电荷量

vβ：由于存在被检体物质的吸光的光照射中的传输电荷而由c2产生的信号电压

vvclr：像素输出线复位电压

cn：c2复位电平采样保持电容

cs：光信号电平采样保持电容

cc：耦合电容

rs：感测放大器复位单元

像素输出线复位脉冲

开关单元驱动信号

复位单元驱动脉冲

像素选择脉冲

c2复位电平采样脉冲

光信号电平采样脉冲

感测放大器复位脉冲

图3a和图3b是用于说明一个优选的实施方式的图，图3a是用于说明其结构的时序图，图3b是用于说明其动作的时序图。

在图3a中，本发明所涉及的图像传感器的传感器主体300具备二维地配置的多个受光用的像素100之一、像素列输出信号线107以及列并联电路301。

关于与图1中示出的带标记的部分相同的部分，使用与图1中示出的标记相同的标记。这一点在之后的附图中也是同样的。

具备传感器主体300的图像传感器的整体结构的主要部分的优选的一例在图5中表示为500。图像传感器500具备像素阵列501、行选择电路502、列选择电路503、列并联电路504、输出缓冲器505、信号输出端子506，像素阵列501是受光像素100以n行m列的二维矩阵状配置而成的。

列并联电路301具备：电流源302，其用于驱动源极跟随电路；像素输出线复位单元303；两个采样保持用的电容元件(cn)304n及电容元件(cs)304s；两个写入选择用开关单元305s、305n，其用于向两个采样保持用的电容元件(cn)304n及电容元件(cs)304s中的各电容元件写入信号(进行电荷蓄积)；两个读出选择用的开关单元305s、305n，其用于从两个采样保持用的电容元件(cn)304n及电容元件(cs)304s中的各电容元件读出信号(将蓄积的电荷向下游的输出侧传输)；两条输出线路306s、306n；以及列选择电路输出线路307。

也可以在列并联电路301中设置放大器、ad转换器。

接着，使用图3a、图3b、图5来说明图像传感器的信号读出动作。图3b是表示图3a的图像传感器的信号读出的时序图的图。

图5示出本发明所涉及的图像传感器的整体结构的主要部分的优选的一例。图5所示的图像传感器500具备像素阵列501、行选择电路502、列选择电路503、列并联电路阵列504、输出缓冲器505、信号输出端子506。如果记述信号读出的定时的概要，则首先来自像素100的信号按行以列并联的方式被读出至像素输出线107，被暂时保存于列并联电路301中的采样保持电容305中，之后，被暂时保持的信号按列依次被读出。

该读出过程如下。

(1-1)利用行选择电路502来选择作为读出对象的行。

(1-2)像素输出线107、采样保持电容元件(cn)304n、采样保持电容元件(cs)304s的复位动作：使施加的各对应单元开启(on)来将像素输出线107以及采样保持电容元件(cn)304n、采样保持电容元件(cs)304s复位。

(1-3)电容元件(c2)104复位电平的读出：使像素选择用开关单元(x)105、写入单元305n开启来向对应的单元施加信号信号使像素(sf)100的输出与像素输出线107及电容元件(cn)304n耦合。之后，将复位用开关单元108接通来施加信号脉冲将电容元件(c2)104的电位复位至vr。之后，将开关单元108断开来使电容元件(c2)104的电位浮动。此时，热噪声被取入电容元件(c2)104的电位中，但在本发明中能够利用以下的方法将该热噪声去除。通过像素源极跟随电路的动作，来将与c2的电位相应的信号读出到像素输出线107和电容元件(cn)304n。这是相关双采样中的复位电平的采样。之后，通过使写入单元(cn)304n关闭，来将电容元件(c2)104的复位电平的信号暂时保存到电容元件(cn)305n。

(1-4)将写入单元305s开启来施加信号脉冲并且将向开关单元103施加的信号脉冲设为上清电荷传输电平。在此，受光元件(pd)101和电容元件102(c1)中蓄积的光电荷中的、超过在上清电荷传输时的开关单元(s)103相对于电容元件(c1)102的势垒(vs)的电荷量被传输到电容元件(c2)104。将开关单元(s)103断开，来结束上清电荷传输。

与被传输到电容元件(c2)104的电荷量相应的电压被像素输出线107和电容元件(cs)304s读出。之后，通过使写入单元305s关闭，来在电容元件(cs)304s中暂时保存与光信号电平(由受光元件101接收到的受光量)相应的电平的信号。这是相关双采样中的光信号电平的采样。

(1-5)使开关单元(s)103、开关单元(r)108接通，来将受光元件(pd)101、电容元件(c1)102、电容元件(c2)104复位。之后，使开关单元(s)103、开关单元(r)108断开，进入接下来的蓄积动作。使开关单元(x)105断开，来将像素100与像素输出线107电切断。

(1-6)依次选择列并联电路301中的电容元件(cn)304n、电容元件(cs)304s中暂时保存的信号，并经由输出缓冲器读出到图像传感器主体300的外部。在本实施例中，利用处于图像传感器主体300的外部的电路对读出信号进行ad转换。通过从电容元件(cs)304s的信号减去电容元件(cn)304n的信号，来去除在将电容元件(c2)104复位时取入的热噪声、开关单元(sf)106的阈值偏差，从而能够高精度地读出光信号。

(1-7)利用行选择电路来选择作为下一个读出对象的行。

通过将以上的(1-1)至(1-7)的动作重复进行规定行，来完成图像传感器的一帧的信号读出。

在上文中使用3a、图3b、图5说明的图像传感器的信号读出动作中，即使将电容元件(c2)104的饱和电容设定得小，也能够通过相关双采样来高精度地读出基于电容元件(c2)104中蓄积的光电荷量的光信号。

图4a和图4b是用于说明优选的实施方式的另一例的图，图4a是用于说明其结构的时序图，图4b是用于说明其动作的时序图。

本发明所涉及的图像传感器的传感器主体400具备二维地配置的多个受光用的像素100之一、像素列输出信号线107、列并联电路401。关于具备传感器主体400的图像传感器的整体结构的主要部分的优选的一例，与传感器主体300同样地在图5中表示为500。

接着，使用图4a、图4b、图5，与图3a、图3b、图5的情况同样地说明该读出动作。图4a所示的传感器主体400具备多个像素100、像素输出线107以及列并联电路401。列并联电路401具备用于驱动源极跟随电路的电流源402、像素输出线复位单元403、耦合电容元件(cc)404、感测放大器405、感测放大器的复位用的开关(复位)单元(rs)406、锁存器407、计数器信号线路408、输出缓冲器线路409、列选择电路输出线路410。列并联电路401是用于通过简单的电路结构以列并联的方式对像素信号进行ad转换的结构。

根据图4a所示的电路结构，向电荷传输用开关单元103施加与计数器信号同步的斜坡型的电压，将通过从受光元件(pd)101向电容元件(c1)102传输微量的光电荷而产生的像素列输出信号线107的电压降低量超过规定的值的时刻记录为数字值。

这是向直接受光用像素的电路部施加与一般的单斜坡型的a/d转换器(analog-to-digitalconverter：模数转换器)中的参照斜坡信号相当的信号的方式，相比于以往的以与列并联的方式将在具有单斜坡型a/d转换器的cmos受光传感器中使用的像素列输出信号线的电压值与作为参照值的斜坡信号进行比较的方式，能够缩小电路规模并且实现高速化。

图4b是表示组装有图4a所示的列并联电路401的情况下的信号读出的时序图的图。如图4b的时序图所示那样，通过以下的过程来进行图4a所示的图像传感器的信号读出。

(2-1)利用行选择电路502来选择作为读出对象的行。

(2-2)像素输出线107的复位动作：使复位单元403开启(施加像素输出线复位脉冲信号)来将像素输出线107复位。

(2-3)电容元件(c2)104的复位电平的读出：使像素选择用的开关单元(x)105接通(施加像素选择脉冲)，来使源极跟随开关单元(sf)106的输出与像素输出线107及耦合电容元件(cc)404电耦合。之后，使复位用开关单元(r)108接通(施加复位单元驱动脉冲)，来将电容元件(c2)104的电位复位为vr。

之后，使开关单元(r)108断开来使电容元件(c2)104的电位浮动。此时，热噪声被取入电容元件(c2)104的电位中，但在本发明中能够利用以下的方法将该热噪声去除。

通过像素源极跟随电路(电路部100)的动作，来将与电容元件(c2)104的电位相应的信号读出到像素输出线107。

之后，通过使开启(on)状态的关闭(off)，来将感测放大器405的输入电压钳位到中间电位。通过该动作，来去除在将电容元件(c2)104复位时取入的热噪声、源极跟随开关单元(sf)106的阈值偏差，从而能够高精度地探测接下来的动作中的由于向电容元件(c2)104传输的光电荷引起的电容元件(c2)104的电压变化。

(2-4)使的电平随着时间斜坡状地变化，来使开关单元(s)相对于c1的势垒逐渐变化。通过计数器信号线路408将与随着时间变化的的电平同步的计数器时钟输入到列并联电路401的锁存器407。在此，当超过势垒而开始向c2传输pd和c1中蓄积的光电荷时，c2的电位下降，像素输出下降。在此，重要的是，像素输出开始下降的时刻根据pd和c1中蓄积的光电荷的量而发生变化。像素输出线107的电位的下降经由耦合电容(cc)传递给感测放大器405的输入电平，当感测放大器的输入电平产生超过感测放大器405的阈值的变化时，感测放大器405的输出成为高(high)状态。成为该高状态的时刻与pd及c1中蓄积的光电荷量对应。在锁存器407中保持感测放大器405的输出成为高状态的时刻的数字计数器信号。

通过以上的动作，能够通过简单的电路结构对光信号电平进行数字转换/保持。之后，将关闭来结束上清电荷传输。在此，通过调整的随时间的变化及变化量，能够调整ad转换的等级值、蓄积电荷的读出范围即读出光量范围。

(2-5)使开启来将pd、c1、c2复位。之后，使关闭，进入接下来的蓄积动作。之后，使关闭来将像素与像素输出线107电切断。

(2-6)利用列选择电路503来依次选择列并联电路401的锁存器407中保持的数字信号，并经由输出缓冲器读出该数字信号。

(2-7)利用行选择电路502来选择作为下一个读出对象的行。

通过将以上的(2-1)至(2-7)的动作重复进行规定行，来完成图像传感器的一帧的信号读出。

在本发明中，根据设计的受光设备所要求的性能，来适当地决定电容元件(c1)102的“有效饱和电容”的大小和电容元件(c2)104的“有效饱和电容”的大小。特别地，在本发明中，电容元件(c1)102的“有效饱和电容”与电容元件(c2)104的“有效饱和电容”的大小之比取决于受光设备的测定的分辨率及其精度。

在本发明中，电容元件(c1)102的“有效饱和电容”优选为电容元件(c2)104的“有效饱和电容”的10倍～5000倍，更优选为100倍～1000倍。

在本发明中，电容元件(c2)104的电荷蓄积的饱和电容优选为电容元件(c1)102的电荷蓄积的饱和电容的1/100～1/1000。电荷蓄积的饱和电容优选为1/100～1/1000。

图6是用于说明具备图像传感器500的吸光分析系统600的结构的框图。吸光分析系统600具有图像传感器500、光源601、信号保存/处理部603、显示部604、控制部605、操作部606。要被吸光分析的被检体602被配设在光源601与图像传感器500之间的光轴上。吸光分析系统600按照流程对操作部606进行操作，由此利用控制部605分别控制图像传感器500、光源601、信号保存/处理部603、显示部604来使它们运行。

图7中示出使用吸光分析系统600进行被检测物质的浓度分析时的分析过程的一例的流程图。

首先，将被检体602放置在系统600的规定位置处并将系统600的电源接通(on)(步骤701)。系统600首先判断被检体602是否为新的被检体(步骤702)。如果被检体602不是新的被检体，则进入测定开始的步骤705。如果被检体602是新的被检体，则进入选择光源波长的步骤703。在步骤703中，选择适于分析的光源波长，进入接下来的步骤704。在步骤704中，进行校准曲线的获取。

当完成校准曲线的获取时，进入开始浓度测定的步骤705。在不是开始测定的情况下，进入结束的步骤709。在开始测定为“是”的情况下，进入步骤706。在步骤706中，从被检体602的光源601照射光，利用图像传感器500接收经过被检体602而来的照射光量的光，得到基于所述照射光量的光信号。经过被检体602而来的照射光的量可以是透射光量、反射光量、散射光量中的任意的光量。

如果基于在步骤706中测定出的光信号从图像传感器500输出的输出信号处于在步骤704中获取到的校准曲线的范围内，则使用该校准曲线，通过运算、比较等方法导出测定对象区域的被检体602内的被检测物质的浓度(步骤708)。

如果基于在步骤706中测定出的光信号从图像传感器500输出的输出信号处于在步骤704中获取到的校准曲线的范围外，则返回步骤705而再次进行校准曲线的获取，之后进入接下来的步骤707。当已导出被检测物质的浓度时，接着进入步骤709，结束测定。

图8是使用本发明所涉及的散射光摄像型吸光分析系统来测定人体的血液中的血糖值的情况下的示意性概要说明图。

以规定角度(优选为40度～50度，更优选为45度)从光源802向被检体(手指)801的规定位置照射规定波长的光805，利用透镜803将通过该照射而经过被检体(手指)801而来的散射光806聚光后利用图像传感器804接收光。基于与该接收光相应地从图像传感器804输出的输出信号，导出血液中的血糖值。

本发明不限制于上述实施方式，在不脱离本发明的精神及范围的情况下能够进行各种变更及变形。另外，附图包含于说明书，构成说明书的一部分，表示本发明的实施方式，用于进行记述并且用于说明本发明。

因而，为了公开本发明的保护范围，附上权利要求书。

附图标记说明

100：受光用像素的电路部；101：受光元件；102：电容元件；103：电荷传输用开关单元；104：电容元件；105：像素选择用开关单元；106：源极跟随开关单元；107：像素列输出信号线；108：复位用开关单元；300：图像传感器主体；301：列并联电路；302：电流源；303：像素输出线复位单元；304s、304n：采样保持用的电容元件；305s、305n：采样保持用的电容元件的写入选择单元；306s、306n：采样保持用的电容元件的读出选择单元；307s、307n：输出线路；308：列选择电路输出线路；400：图像传感器主体；401：列并联电路；402：电流源；403：像素输出线复位单元；404：耦合电容元件；405：感测放大器；406：感测放大器复位单元；407：锁存器；408：计数器信号线路；409：输出线路；410：列选择电路输出线路；500：图像传感器；501：像素阵列；502：行选择电路；503：列选择电路；504：列并联电路阵列；505：输出缓冲器；506：信号输出端子；600：吸光分析系统；601：光源；602：被检体；603：信号保存/处理部；604：显示部；605：控制部；606：操作部；701～709：步骤；801：被检体；802：光源；803：透镜；804：图像传感器；805：照射光；806：散射光。